CN104520476B - 用于稀土金属的生产的电解池 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于稀土金属的生产的电解池。电解池包括：池外壳，其配备有布置在池外壳的底板中的一个或多个倾斜的沟道，沿着(一个或多个)沟道在电解池中生产的熔融稀土金属可以排出。一个或多个阴极与一个或多个沟道基本上垂直对准地悬吊在池外壳内。一个或多个阴极的各个相对表面从垂直方向成角度地向下和向外倾斜。一个或多个成对的阳极悬吊在池外壳内；一个或多个成对中的每个阳极具有面对的表面，其从垂直方向倾斜，并且与一个或多个阴极的各个相对的倾斜表面平行对准地间隔开，以限定其间基本上不变的阳极‑阴极距离。电解池还包括槽，其用于接收来自沟道的熔融稀土金属，其中，槽与一个或多个阴极和一个或多个阳极间隔开并且相隔离。熔融稀土金属与(一个或多个)阴极和(一个或多个)阳极的分离防止了与产生于(一个或多个)阳极的游离碳起反应和/或被其污染或与废气发生逆反应。

Description

用于稀土金属的生产的电解池

技术领域

本公开大体上涉及电解池，具体地涉及适用于通过熔融氟化物或者氯化物电解浴中的电解过程来生产例如钕、镨、铈、镧及其混合物的稀土金属的电解池。

背景技术

用于在熔融氟化物或者氯化物盐浴中生产铝的电解池是公知的，并且许多它们的设计特点应对了重要的考量。特别地，重要的是维持稳定且小的阳极-阴极距离(anode-cathode distance，ACD)作为高度能量密集过程中的节能措施。在熔融铝蓄积在阴极表面上并且处于由强磁场强加的流体动力下的情况下，维持不变的ACD可以证实是困难的。因此，在一些池构造中，阴极可以悬吊在熔融铝蓄积在其上的池底板之上。在其它构造中，阴极可以配备熔融铝可以汇集到其上的沟道，因此一旦它形成就从阴极表面排出熔融铝，以维持不变的ACD。

同样重要的是，电解池被配置为从极间空间释放在电解期间在阳极表面放出的二氧化碳气体，以基本上防止当铝金属在阴极表面形成时与铝金属“逆反应”，从而降低电解过程的效率。

目前也在熔融混合氟化物盐浴中通过电解过程商业化地生产钕、镨及其混合物和其它稀土金属。与铝的电解生产形成对照，阳极和阴极布置在垂直取向上，并且熔融金属被汇集到池底板上的接收容器中。极间空间不受熔融金属积累的影响，然而它仍然受到由碳阳极表面的连续电解消耗而造成的变化。阴极通常包括惰性金属如钼或者钨。

随着阳极被消耗，没有有效的手段以保持阳极-阴极间隔距离均匀。由于过程热的主要部分由电极间距的欧姆电阻来传递，所以过程温度高度可变，并且通常通过减少供给池的电流来控制。这在将会电串联连接若干池的大规模操作中是不现实的。此外，贯穿电解过程的电流恶化也是不希望有的，因为它降低了池的生产能力。最重要的是，未能严密地控制过程温度降低了过程产出或者法拉第效率，并且导致了沉淀在池底板上的不溶沉淀物的形成。因此，必须定期暂停电解以从池中去除沉淀物，从而抑制了连续的电解。

过程温度的不佳控制也增加了来自池的蒸汽排放，蒸汽排放如果不受遏制，则对工作环境和自然环境是有害的。

此外，随着阳极被消耗，它们在电解质中的置换体积减少，并且池中的电解质水平下降。这减少了浸入在电解质中的阳极的工作面积，损害了包括功率消耗的过程效率，并且增加了生成高污染气体的“阳极效应”的可能性。

此外，在过程温度下，产物稀土金属与碳反应。碳对于某些稀土金属产物应用是非常不希望有的杂质。减少池中的游离碳与金属之间接触的可能性和/或产物金属在池中的停留时间是希望的设计属性，该设计属性在目前的商业池设计中不是明显的。这个特殊问题在用于铝的生产的电解池的设计中不是一个要素，因为在这些条件下铝不与碳反应。

此外，在目前用于稀土金属的电解池设计中，难以维持熔融状态下的产物稀土金属，因为操作温度优选地仅在产物稀土金属的熔点以上10至30℃。在用于电解生产铝的电解池中这个问题不成问题并且未被应对，因为过程温度在铝的熔点以上约300℃。

目前用于稀土金属的电解生产的商业活动是小规模的、劳动力密集的并且以半批量的方式来操作。几个缺陷妨碍了过程规模扩大到允许更高的生产率、连续的电解以及要达到的环境性能、职业健康和安全性的高标准。

首先，电解池通常以与低生产能力相应的5至10千安培的有限电流范围来操作。

存在对池的稀土氧化物给料的不良控制，导致了不溶性沉淀物的积累，这需要频繁的池清理，从而妨碍了连续电解。此外，手动地将给料传送给池，而没有对池中的当前氧化物浓度的已知参照。

现有技术使用垂直电极布置。这样的布置不适合于达到高法拉第效率。例如，从阳极表面放出并且上升的气泡很有可能被夹带在电解质流中，并且与阴极板上形成的产物金属接触，从而作为产物金属的逆向氧化的结果而降低了过程产出。

Keller在美国专利第5,810,993号中描述了一种电解池中生产钕的方法，该电解池被设计成在没有阳极效应发生的情况下操作，因此避免了高污染性的全氟化碳(perfluorinated carbon，PFC)气体的生成和释放。在这个发明中，目的通过以下来实现：首先提供多个阳极板以使得阳极电流密度刚好维持在阳极效应可能发生的电流密度以下；其次使用对钕离子保持可穿透的惰性阻隔材料物理地将垂直的阴极与垂直的阳极分开，以使得与在阴极区域下相比，在阳极区域下可以维持更高浓度的溶解的钕氧化物。然而，该公开的发明有若干缺陷和不切实际。在所引用的示例中没有展示的是屏蔽材料(氮化硼)对钕离子的确是可渗透，如连续电解过程所需要的那样。进一步，所提出的阳极设计是复杂的，并且阳极板的磨损率可以预计是非常不均匀和浪费的。阳极区域和阴极区域的间隔分离进一步导致大的极间分离距离和由此产生的无效能量消耗。进一步，该发明提出使用碳作为惰性阴极材料，而公知的是，碳会与产物金属反应并且污染该产物金属。

因此需要用于生产稀土金属的替代的或改进的电解池和方法。

以上对背景技术的引用并不构成下述认可：该技术形成了本领域的技术人员的公知常识的一部分。以上引用也不意图限制在本文所公开的电解池。

发明内容

在第一方面，公开了一种用于稀土金属的生产的电解池，包括：

池外壳，其配备有布置在池外壳的底板中的一个或多个倾斜的沟道，沿着(一个或多个)沟道在电解池中生产的熔融稀土金属可以排出；

一个或多个阴极，其与一个或多个沟道基本上垂直对准地悬吊在池外壳内，一个或多个阴极的各个相对表面从垂直方向成角度地向下和向外倾斜；

一个或多个成对的阳极，其悬吊在池外壳内，一个或多个成对中的每个阳极具有面对的表面，其从垂直方向倾斜，并且与一个或多个阴极的各个相对倾斜表面成平行对准地间隔开，以限定其间基本上不变的阳极-阴极距离；以及

槽，用于接收来自沟道的熔融稀土金属，其中，槽与悬吊在电解池内的一个或多个阴极和一个或多个成对的阳极间隔开并且相隔离。

在第二方面，公开了一种用于稀土金属的生产的电解池，包括：

池外壳，用于容纳电解浴；

一个或多个阴极，其悬吊在池外壳内；

一个或多个成对的可消耗阳极，其悬吊在池外壳内，一个或多个成对中的每个阳极与阴极的各个相对侧间隔开并且相隔离；以及

位移装置，用于控制池外壳中容纳的电解浴的高度。

在一个实施例中，所述位移装置响应于阳极的消耗和池外壳中容纳的稀土金属产物的体积来控制池外壳中容纳的电解浴的高度。

在第三方面，公开了用于稀土金属的生产的电解池，包括：

池外壳；

一个或多个阴极，其悬吊在池外壳内；

一个或多个成对的可消耗阳极，其悬吊在池外壳内，一个或多个成对中的每个阳极与阴极的各个相对侧间隔开；以及

与一个或多个成对的可消耗阳极操作地相关联的装置，用于响应于阳极的消耗来控制阳极和阴极之间的距离。

在进一步的方面，公开了一种用于电解生产稀土金属的系统，包括：

根据如上限定的第一、第二或第三方面中的任何一个的电解池；

给料，包括能够经过电解以生产稀土金属的一种或多种稀土金属化合物；

电解质，给料在所述电解质的熔融状态下可溶解；以及

直流电流源，其被配置为在电解池的阳极和阴极之间通过电流以电解给料，并且由此生产熔融的稀土金属产物。

在另一个方面，公开了一种用于电解生产稀土金属的方法，包括：

提供根据第二方面的电解池；

向电解池充入给料和电解浴，该给料包括能够经过电解以生产稀土金属的一种或多种稀土金属化合物，该电解浴包括给料在其中可溶解的熔融电解质；

在电解池中的至少一个可消耗的阳极与阴极之间通过直流电流以电解给料，并且由此生产熔融的稀土金属产物；以及

置换电解池的熔融电解质，以维持电解池中的电解浴的高度。

在一个实施例中，响应于阳极消耗的速率和/或电解池中容纳的稀土金属产物的体积的变化来执行置换的步骤。

在更进一步的方面，公开了一种用于电解生产稀土金属的方法，包括：

提供根据第三方面的电解池；

向电解池充入给料和熔融电解质，该给料包括能够经过电解以生产稀土金属的一种或多种稀土金属化合物，给料在该熔融电解质中可溶解；

在电解池中的至少一个可消耗的阳极与阴极之间通过直流电流以电解给料，并且由此生产熔融的稀土金属产物；以及

响应于阳极消耗的速率向阴极平移该个或每个可消耗的阳极，以在电解池中维持不变的阳极-阴极距离。

所公开的实施例允许对阳极-阴极距离(anode-cathode distance，ACD)并从而对过程温度的改进的控制能力，对电解池中的电解浴高度和阳极浸入的改进的控制，更好地混合电解质以增强给料的溶解性，以及通过限制阳极气体与生产的金属发生逆反应的机会而得到更高的法拉第效率。

附图说明

尽管如发明内容中那样阐述了可能落入本公开的范围内的任何其它形式，现在参考附图仅作为示例来描述具体的实施例，在附图中：

图1是根据一个具体实施例的电解池的侧视图；以及

图2是图1中所示的电解池的截面图。

具体实施方式

本说明书大体上涉及被布置为在熔融的电解盐浴中通过电解过程来生产稀土金属的电解池。

本文所公开的电解池中生产的稀土金属包括那些熔点小于1100℃的稀土金属。示例性的稀土金属包括但不限于Ce、La、Nd、Pr、Sm、Eu及其合金(包括镨钕混合物和稀土金属混合物)。本文所公开的电解池也适合于稀土金属与铁的合金的生产。

熔融电解盐浴表现为给料的溶剂。用于在熔融电解盐浴中使用的电解质可以包括卤化物盐，特别是氟化物盐。“氟化物盐”的示例包括但不限于金属氟化物盐，其包括稀土金属氟化物如LaF₃、CeF₃、NdF₃和PrF₃、碱金属氟化物如LiF、KF以及碱土金属氟化物如CaF₂,、BaF₂。

用于电解过程的给料的选择将取决于所希望的稀土金属产物和电解质的成分。在电解质由氟化物盐组成的情况下，经受电解过程的给料可以包括稀土金属的氧化物。

术语“稀土金属氧化物”大体上涉及稀土金属的任何氧化物或者这样的氧化物的任何前体，包括稀土金属氢氧化物、碳酸盐或草酸盐。稀土金属是周期表中的一组17种化学元素，具体地是15种镧系元素加上钪和钇。钪和钇被认为是稀土金属，因为它们倾向于出现在与镧系元素相同的矿床中并且展现出类似的化学性质。镧系元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。

用于钕或镨的电解生产的给料的合适示例包括氧化钕(Nd₂O₃)或氧化镨(Pr₆O₁₁)。在例如镨钕混合物的合金是希望产物的情况下，给料可以包括以希望合金的希望化学计量比的稀土金属的两种或更多氧化物(例如Nd₂O₃和Pr₆O₁₁)。可以从例如Ce、La、Nd、Pr的几种稀土金属的氧化物配备稀土金属混合物，其中稀土金属在稀土金属混合物中的比率对应于稀土金属氧化物在给料中的比率。

替代地，在电解质由氯化物盐组成的情况下，给料可以包括稀土金属的氯化物盐。

在一个实施例中，电解质包括一种或多种稀土金属氟化物和氟化锂。一种或多种稀土金属氟化物可以出现在约70至95质量百分比(wt％)的范围内(其剩余为氟化锂)的电解质中。可选地，电解质可以进一步包括高达20质量百分比(wt％)的氟化钙和/或氟化钡。

本领域的技术人员将意识到，电解池的操作温度将取决于目标稀土金属产物或稀土金属合金、电解质的成分，并且从而取决于稀土金属、合金和电解质各自的熔点。在一个实施例中，电解池的操作温度可以在电解质的熔点以上5至50℃的范围内，优选地在电解质的熔点以上10至20℃的范围内。选择电解质的成分以使得电解质的液相线可以在金属的熔点以上5至50℃的范围内。

在一些实施例中，在目标稀土金属产物为稀土金属混合物(铈、镧、钕和镨的混合物)的情况下，熔点取决于稀土金属混合物的成分和其中的稀土金属的相对比率而变化，但仍然是800℃左右。在这些实施例中，电解质可以包括如上所述的钡或钙的氟化物，以达到在稀土金属混合物的熔点以上5至50℃的范围内的电解质液相线。

在其它的实施例中，在稀土金属合金或混合物的熔点为800℃或更低的情况下，电解质可以可选地包括一种或多种稀土金属氯化物和氯化锂盐。

参考图1和图2，在相同的附图标记自始至终指代相同的部件的情况下，示出了用于稀土金属的生产的电解池10的实施例。池10包括外壳12，其具有底板14、槽16、一个或多个阴极18和一个或多个成对的阳极20。

外壳12由防腐蚀材料形成，如先前的段落中所已经描述的，该防腐蚀材料对于电解质成分和操作环境是惰性的。特别地，用于内部装衬外壳12的防腐蚀材料应该防止与在其中生产的稀土金属形成合金。在一个实施例中，外壳12可以在内部用难熔材料装衬。合适的难熔材料包括但不限于碳、碳化硅、氮化硅、氮化硼、或者例如对本领域内的技术人员会是公知的某些不锈钢。

倾斜的底板14具有布置在其中的一个或多个倾斜的沟道22，沿着一个或多个倾斜的沟道22在电解池10中生产的熔融稀土金属可以排出。在一个实施例中，一个或多个倾斜的沟道22从水平方向倾斜高达约10°的角度α。

在图2中所示的实施例中，沟道22具有矩形的横截面。但是，将意识到的是，在替代实施例中，沟道26的横截面可以采用其它形式如V形或U形。

如图2所示，在本发明的一些形式中，底板14可以配备多于一个的倾斜的沟道22。在这些特定的形式中，沟道22被配置为彼此相邻横向平行对准。通常，(一个或多个)沟道22可以在外壳12中沿着底板14的中心纵轴对准或者从中等距间隔开。在这种布置中，底板14中的(一个或多个)沟道22可以位于一个或多个阴极18的下侧24附近，以接收一个或多个阴极18上生产的熔融稀土金属。

底板14或底板14的上表面可以由防腐蚀材料形成，该防腐蚀材料类似于或者等同于为外壳12的装衬选择的材料。与稀土金属产物直接接触的所有表面(包括(一个或多个)沟道22和槽16)应该防止与电解浴中生产的稀土金属形成合金。用于(一个或多个)沟道22和槽16的合适的装衬材料包括但不限于如钨、钼或钽的金属。

槽16被配置为在使用中接收一个或多个阴极18上生产的、汇集在沟道中并且向沟道22的下端26排出的熔融稀土金属。槽16与一个或多个阴极18和一个或多个阳极20间隔开并且相隔离。

槽16可以配备加热器，以将温度维持在熔融稀土金属的液相线以上。槽16还可以配备端口(未示出)，可以从该端口按照需要汲取熔融稀土金属。槽16可以由类似于用于外壳12的惰性金属形成。

这种布置允许从池10的底板14连续地移除熔融稀土金属产物，防止了熔融稀土金属产物的聚集，并从而提供了多个优点。在现有技术的允许特别是在池的底板上或者在阴极表面形成熔融稀土金属产物的聚集的电解池中，常见的是熔融稀土金属产物被“沉淀物”污染，该“沉淀物”包括未溶解的和部分熔融的稀土给料、反应中间产物和副产物。在本文所公开的电解池10中，在没有熔融稀土金属产物的情况下，沉淀物与熔融电解质保持接触，并且因此有机会在熔融电解质中重新溶解。

槽16中汇集的熔融稀土金属产物与一个或多个阴极18和一个或多个阳极20间隔开并且相隔离。因此，熔融的稀土金属避免了与由一个或多个阳极20产生的游离碳起反应和/或被其污染，以及与来自一个或多个阳极20的废气的逆反应。

一个或多个阴极18以与沟道22基本上垂直对准的方式悬吊在沟道22之上的池外壳12内包含的电解浴11中。在所图示的形式中，阴极18包括阴极材料板，其具有上表面28和相对延长表面30，其中下侧24布置在沟道22之上，以使得相对表面30上生产的熔融稀土金属可以在重力下直接落入下面的沟道22中。阴极18的相对表面30由惰性难熔填充材料32支撑，进一步避免了池10中不活动的电解区域的形成。

阴极18被配置为彼此相邻对准，借此相邻的阴极18的相对延长表面30分别彼此纵向对准，并且相邻的阴极18的各个相对端表面彼此面对。本领域的技术人员将意识到，相邻的阴极18的面对的相对端表面之间的间隔尽可能地窄。

阴极材料板被相应地制订尺寸，以使得在上述布置中，相邻布置的阴极18的有效长度基本上与沟道22的长度相同或者略微短于沟道22的长度。

替代地，可以在如在本文中所描述的电解池10中使用具有与沟道22类似长度的单个阴极18。

阴极18的相对延长表面30从垂直方向成角度地向下和向外倾斜，借此阴极18的横断面形状基本上为三角形。相对延长表面30可以从垂直方向倾斜高达约45°的角度β，并且优选地为从2°至10°。

基于电解质的优化气泡驱动流来选择倾斜角，以达到与给料的良好混合，并且维持高法拉第产出。通过对特定池几何形状的计算建模可以确定期望角度β。

在单一的稀土金属或稀土金属的合金是期望的电解产物的实施例中，阴极18可以由具有足够的阻热特性的导电材料形成，以确保熔融稀土金属在略微高于它们的熔点的温度下自由流动。这样的材料应该防止与电解浴中生产的稀土金属形成合金。合适的材料包括但不限于如钨、钼或钽的金属。

在期望铁与一种或多种稀土金属的合金的替代实施例中，阴极18可以由铁形成。本领域的技术人员将意识到，在这些特定的实施例中，在用于铁-稀土金属合金的生产的电解过程期间将消耗阴极18。

在图1和图2所示的实施例中，多对阳极20悬吊在池外壳12内。一对中的每个阳极20与阴极18的各个相对延长表面30间隔开。在所图示的形式中，阳极20包括可消耗的阳极材料板，其具有：上表面32；下表面34；相对的远端的和靠近的延长表面36a、36b；以及相对端38。每个阳极20的远端的延长表面36a可以基本上是垂直或者可以是与垂直方向成倾斜。靠近的延长表面36b与垂直方向成倾斜。靠近的延长侧36b可以从垂直方向斜度高达约45°的角度β’，并且优选地为2°至10°，朝向阳极20的下表面34逐渐缩减。

阳极18的靠近的延长表面36b面向阴极18的各个相对延长表面30。表面36b和表面30均与垂直方向成相应的角度β’倾斜，以使得所述表面36b和表面30彼此平行对准间隔开，以限定其间基本上不变的阳极-阴极距离。

阳极20被配置为彼此相邻对准，借此相邻的阳极20的相对延长表面36a、36b分别彼此纵向对准，并且相邻的阳极20的各个相对端38彼此面对。本领域的技术人员将意识到，相邻的阳极20的面对的相对端38之间的间隔尽可能地窄。

阳极材料板被相应地制订尺寸，以使得在上述布置中，相邻布置的阳极20的有效长度基本上与沟道22的长度相同或者略微地短于沟道22的长度。

替代地，可以在如本文所公开的电解池10中使用具有与沟道22类似长度的单一成对的阳极20。

可消耗的阳极材料合适的示例包括但不限于碳基材料，特别是高纯度碳、电极等级石墨、煅烧石油焦-煤焦油沥青配方。这样的配方对稀土金属和其它金属如铝的电解生产领域的技术人员将是公知的。

阳极随着电解过程进行而被消耗，并且靠近的延长侧36b的倾斜角β保持基本上不变。如图2中所图示的，借助于靠近的延长表面36b的倾斜轮廓，因此从阳极释放的气泡随着气泡上升到电解质表面而保持接近于靠近的延长表面36b。有利地，这减少了放出的气体与阴极18上形成的金属相接触的机会，因此提高了法拉第效率，并且避免了与其逆反应形成的不溶沉淀物。

在大多数操作环境下，在如本文所公开的电解池中的ACD可以在约30mm至约200mm之间，尽管在约50mm至约100mm之间的ACD是优选的。取决于电解区域中期望的热生成量、用于给料的最佳溶解度的电解质流和过程产出(法拉第效率)的优化，本领域的技术人员可以容易地确定合适的ACD。

阳极在电解期间被消耗，并且因此ACD可能随着电解进行而增加。本文所公开的电解池10可以配有装置40，其可操作地与一个或多个阳极20相关联以控制ACD，特别地保持基本上不变的ACD。所述装置40可以包括与一个或多个阳极20操作连通的水平定位设备。在使用中，水平定位设备可以响应于阳极20消耗的速率向阴极18横向平移一个或多个阳极20，以使得ACD可以保持基本上不变。阳极消耗的速率可以通过参考电流来确定。替代地，水平定位设备可以响应于池电阻从预定值的改变来平移一个或多个阳极20。

随着阳极的消耗，阳极20在电解池10中所占用的体积减少，从而降低了外壳12中的电解浴的高度。类似地，断续的池操作(例如用新的阳极替换耗尽的阳极和从池中移除稀土金属产物)将导致电解浴的高度和电极浸入深度的显著和不希望有的变化。本文所公开的电解池10可以配备位移装置42，用于控制外壳12中的电解浴高度，特别是保持外壳12中的电解浴的基本上不变的高度。位移装置42可以包括惰性主体，其悬吊在外壳12中，并且在垂直方向上可定位。在使用时，惰性主体可以响应于特定池操作来向上或向下平移，以使得电解浴的高度可以保持基本上不变。惰性主体可以采用任何合适的形式，例如如图中所图示的条状。

位移装置42可以由与先前所描述的外壳12的内装衬相类似的难熔材料形成。

如本文所描述的，在使用时，可以通过向电解池10充入熔融电解质来进行电解过程。在阴极18和阳极20之间可以提供交流电流，并且电极18、20的电阻使电解池10的操作温度提高到预定温度。然后给料被充入电解池10，并且溶解在熔融电解质中。5-100千安培范围内的直流电流提供给阳极20，因此溶解的给料的电解开始。在电解反应中，给料在阴极18的相对延长表面30上还原为(一种或多种)熔融稀土金属。(一种或多种)熔融稀土金属随后落入沟道22中，并且沿沟道22排入槽16中，其按照需要汲取。以或多或少对应于消耗速率的速率，给料可以定期地充入电解池10中高电解质流动的区域。本领域的技术人员将意识到，可以精确控制馈送速率，以在电解质中达到对应于期望的馈送浓度的目标池电阻。

可以在电解池10内的惰性或低氧环境下进行电解过程。可以通过向电解池10供给惰性气体或气体混合物以从中排出空气来建立并且维持惰性环境，并且因此防止与熔融电解质和/或电极18、20的不希望有的反应。惰性气体的合适的示例包括但不限于氦气、氩气和氮气。

除了已经描述过的以外，众多的变型和修改将向本领域的技术人员暗示它们自己，而不背离基本发明概念。所有这样的变型和修改将被认为在本发明范围内，本发明的本质将根据先前的说明书来确定。

在所附的权利要求中和在先前的说明书中，除了上下文要求之外，否则由于表达语言或必要的暗示，词语“包括”及其变型以包容性的含义被使用，亦即，在如本文所公开的设备和方法的各种实施例中，指出所陈述的特征的存在，但不排除进一步的特征的存在或添加。

Claims (10)

1.一种用于稀土金属的生产的电解池，包括：

池外壳，其配备有布置在所述池外壳的底板中的一个或多个倾斜的沟道，沿着所述一个或多个沟道在所述电解池中生产的熔融稀土金属可以排出；

一个或多个阴极，其包括钼或钨，并且与所述一个或多个沟道基本上垂直对准地悬吊在所述池外壳内，所述一个或多个阴极的各个相对表面与垂直方向成角度地向下和向外倾斜；

一个或多个成对的可消耗碳阳极，其悬吊在所述池外壳内，所述一个或多个成对中的每个阳极具有面对的表面，其从垂直方向倾斜，并且与所述一个或多个阴极的各个相对倾斜表面平行对准地间隔开，以限定其间基本上不变的阳极-阴极距离；以及

槽，用于接收来自所述沟道的熔融稀土金属，其中，所述槽与所述一个或多个阴极和所述一个或多个阳极间隔开并且相隔离，

进一步包括与所述一个或多个阳极操作地相关联的装置，用于响应于阳极的消耗来控制所述阳极与所述阴极的相对侧之间的距离，

其中，与所述一个或多个阳极操作地相关联的所述装置包括水平定位设备，所述水平定位设备被配置为在使用中响应于所述阳极消耗的速率向所述阴极侧向平移所述一个或多个阳极。

2.根据权利要求1所述的电解池，进一步包括位移装置，用于控制所述池外壳中容纳的电解浴的高度。

3.根据权利要求2所述的电解池，其中，所述位移装置包括惰性主体，其悬吊在所述外壳中，并且在垂直方向上可定位。

4.根据先前权利要求中任一项所述的电解池，其中，所述一个或多个沟道从水平方向倾斜高达约10°的角度。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电解池，其中，所述一个或多个沟道具有矩形的、V形的或U形的横截面形状。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的电解池，其中，所述阴极的相对侧和所述阳极的面对侧从垂直方向倾斜高达45°。

7.根据权利要求6所述的电解池，其中，所述阴极的相对侧和所述阳极的面对侧从垂直方向倾斜2°至10°。

8.一种用于电解生产稀土金属的系统，包括：

根据先前权利要求中任意一项所述的电解池；

给料，包括能够经过电解以生产稀土金属的一种或多种稀土金属化合物；

熔融电解质，所述给料在其中可溶解；以及

直流电流源，其被配置为在所述电解池中的阳极和阴极之间通过电流以电解所述给料，并且由此在所述电解池中生产熔融的稀土金属产物。

9.一种用于电解生产稀土金属的方法，包括：

提供根据权利要求2至7中任一项所述的电解池；

向所述电解池充入给料和电解浴，其中，所述给料包括能够经过电解以生产稀土金属的一种或多种稀土金属化合物，所述电解浴包括给料在其中可溶解的熔融电解质；

在所述电解池中的至少一个可消耗的阳极与阴极之间通过直流电流以电解所述给料，并且由此在所述阴极上生产熔融的稀土金属产物；以及

置换所述电解池中的熔融电解质，以维持所述电解池中的电解浴的高度。

10.一种用于电解生产稀土金属的方法，包括：

提供根据权利要求1至7中任一项所述的电解池；

向所述电解池充入给料和熔融电解质，其中，所述给料包括能够经过电解以生产稀土金属的一种或多种稀土金属化合物，所述给料在熔融电解质中可溶解；

在所述电解池中的至少一个可消耗的阳极与阴极之间通过直流电流以电解所述给料，并且由此在所述阴极上生产熔融的稀土金属产物；以及

响应于阳极消耗的速率向所述阴极平移所述可消耗的阳极，以在所述电解池中维持不变的阴极-阳极距离。